地源热泵原理与工程设计

一 地源热泵原理一 地源热泵原理 地源热泵是一种利用地下浅层地热资源 也称地能 包括地下 水 土壤或地表水等 的既可供热又可制冷的高效节能空调系统 地源热泵通过输入少量的高品位能源 如电能 实现低温位热能向 高温位转移 如冬季室外气温低达 10 夏季高达 40 而地下 土壤温度常年恒定在 14 左右 利用 20 左右的温差 消耗少量的 电能 冬季把地能中的热量 取 出来 提高温度后 供给室内采 暖 节能 40 夏季 把室内的热量取出来 释放到地能中去 节 能 60 二 热泵系统的优缺点二 热泵系统的优缺点 优点 优点 1 利用可再生能源 环保无污染 不产生废气 废渣 废水等 完 全遵循国家节能减排的政策 2 高效节能经济 3 运行费用低 维护简单 4 智能控制 操作简单 5 系统灵活 可靠性强 6 功能完善 易于管理 缺点 缺点 1 1 相比传统的供热系统初投资偏高 2 2 地下换热系统需要占用一定的空间 系统完成后地上面积除了 不能建永久性的建筑外其它使用都可以 三 地源热泵系统的安全稳定性三 地源热泵系统的安全稳定性 据世界环境保护组织 EPA 的一份有关空调未来的报告所得出的 结论 地源热泵技术在为家庭居民带来舒适 可靠和高效节能的同 时 将成为降低国家能源消耗和环境污染的一个主要力量 国外已经运用地源热泵系统 30 年 中国从 1997 年开始使用地 源热泵系统 此项技术已经在国内及国外得到验证并大力推光使用 如 在中国鸟巢 奥运村 上海国际节能环保园等大型项目中应用 的非常成功 我们公司已经在全国部分地区安装使用了 60 万平方米 单体面 积达到 10 万平方米 有的项目已经运行达到 5 年之久 系统性能安 全可靠 稳定 该项目选用的高温螺杆系列机组采用智能操作 根据使用负荷 的大小机组自动调节启动和停止运行 完全能满足用户使用效果 达到节能降耗的目的 四 设计方案四 设计方案 1 工程概况工程概况 1 1 工程概述工程概述 本工程为胜利油田船舶中心地源热泵中央空调空调工程 该工程包括办公楼建 2500 公寓 900 消防中心 1900 食堂 500 会议室 262 船修队 163 溢油队 120 四合院 572 总建筑面积 6917 施工的主要内容为室外埋管热交换系 统的埋设工作 机房及地源热泵机组的安装 部分空调末端的安装 夏季为空调末端提供 7 12 的循环水 使各房间内温度达 24 2 最低温度可以达到 18 冬季为空调末端提供 45 40 的循环热水 使各房间内温度达 18 2 最高可以达到 26 所设计达到的效果 将在合同中严格体现 2 技术方案技术方案 2 1 相关设计规范相关设计规范 本工程根据建设方提供的相关资料 并依据现行有关国家颁发 的有关规范 标准进行设计 具体为 采暖通风与空气调节设计规范 GBJ19 87 采暖与卫生工程施工及验收规范 GBJ242 82 室内空调舒适温度 GB5701 83 公共建筑节能设计标准 GB50189 2005 地源热泵系统工程技术规范 GB50366 2005 民用建筑热工设计规范 GB50176 93 2 2 系统方案设计系统方案设计 2 3 冷热负荷计算冷热负荷计算 根据建筑特性 冷负荷指标为 100W 负荷为 691 7KW 热 负荷指标为 80 W 总热荷为 553 36KW 2 2 换热量计算换热量计算 夏季总冷负荷为 691 7KW 则夏季向土壤排放的总热量约为 830 04KW 机组 COP 值取 5 0 冬季总热负荷为 553 36KW 则冬季从土壤吸收的总热量约为 442 6KW 机组 COP 值取 4 5 2 3 土壤换热系统设计土壤换热系统设计 2 3 1 土壤土壤换热系统简介换热系统简介 土壤换热系统主要由地下 U 型埋管和水平埋管组成 地下 U 型 埋管作为热泵机组的热源 用来完成热量的交换 地下 U 型埋管换 热器主要使用 PE100 材料制作 以保证地下换热系统使用寿命达 50 年以上 换热系统示意图见下图 2 3 2 能源井数量计算能源井数量计算 根据地区的地质情况 建筑分布情况 建筑物特点进行估算 根据地区的地质情况 建筑分布情况 建筑物特点进行估算 设计能源井井深设计能源井井深 120m120m 能源井直径 能源井直径 150150 200mm200mm 井间距 井间距 4 4 米 米 能源 井内换热器设计为单 U 型 换热器材料设计使用 PE100 管材 根据计算结果 系统系统设计建造能源井的数量为设计建造能源井的数量为 8282 口 口 2 3 3 换热器管路长度计算换热器管路长度计算 根据能源井的数量 井深 单位井深换热量的取值 则换热器 管路长度约为 19680m 根据能源井的布局情况进行核算 水平连接管路长度约为 2200m 2 3 4 能源井分布设计及管路连接安装设计能源井分布设计及管路连接安装设计 地下换热器在地下 1 5 3 米由水平管完成连接至机房 保证不 影响小区道路铺设 绿化 在整个地下换热管路系统中加装调节阀 来调节热交换液体的 流动 能源井中的换热器管路将与能够调节流量变化的汇管相连 通过以上工艺方法 可以保证所有换热器管路中循环介质的均衡等 量流动和热量交换平衡的要求 地下换热管路系统采用同程管路设 计 2 4 机组选型机组选型 本着舒适 高效 节能 环保 运行费用低 为客户节省投资 的原则 根据相关资料与规范标准 选用 4 台 HLSR0200W 水源热泵 机组 机组单机名义制热量 231 2kW 名义制冷量 202kW 可满足室 内取暖要求 热泵机组性能参数表热泵机组性能参数表 型号工况 能量输出 KW 地源侧供 回水温 度 空调侧供 回 水度 耗电量 KW h 制热231 211 645 4048 13 HLSR0200W 制冷20223 287 1234 98 2 5 空调侧循环系统设计空调侧循环系统设计 食堂 会议室室内空调末端设计为风机盘管机组 该种风机盘 管形式具有样式美观 不占用室内空间 制冷 制热迅速运行定 控制灵活等特点 3 运行费用对比分析运行费用对比分析 本项目机组按每年夏季运行 120 天 每天运行 8 小时 机组功 率为 139 92KW 冬季运行 120 天 每天运行 10 小时 机组功率为 192 52KW 电价 0 56 元 度 水泵及附件功率为 50KW 冬 夏季室外 气温变化量及室内人员变化系数 0 7 计算 夏季 139 2 50 0 6 8 120 0 7 0 56 63673 34 元 平均费用 元 平米 天 63673 34 6917 120 0 0768 元 平米 天 冬季 192 52 0 6 50 0 6 10 120 0 7 0 56 68448 84 元 平均费用 元 平米 天 68448 84 6917 120 0 0 0825 元 平 米 天 地源热泵系统运行受外境影响小 运行费用低 没有冷却塔 地源热泵系统运行受外境影响小 运行费用低 没有冷却塔 不影响建筑外观 无噪声 无污染 环保节能 使用寿命可达不影响建筑